CN102561530B - 矩形钢管混凝土柱-钢梁全螺栓连接节点 - Google Patents

Abstract

本发明属于建筑结构工程技术领域，涉及一种矩形钢管混凝土柱-钢梁全螺栓连接节点，包括矩形钢管混凝土柱、钢梁、上贯通隔板、下贯通隔板、连接板和高强螺栓，其中，上贯通隔板和下贯通隔板贯穿矩形钢管混凝土柱柱壁，并与钢管柱壁四周用剖口焊缝连接，连接板与柱侧壁及上贯通隔板和下贯通隔板焊接，钢梁腹板与连接板用高强螺栓连接，钢梁腹板的上翼缘和下翼缘分别与上贯通隔板和下贯通隔板用高强螺栓连接。本发明还介绍了矩形钢管混凝土柱-钢梁全螺栓连接节点的制作方法。本发明的节点施工快捷，构造简单，可实现塑性铰外移的要求，受力性能和抗震性能良好。

Description

矩形钢管混凝土柱-钢梁全螺栓连接节点

技术领域

本发明属于建筑结构工程技术领域，特别涉及一种矩形钢管混凝土柱-钢梁连接节点。 

背景技术

钢管混凝土结构是在钢管中填充混凝土构成，钢管的存在能够防止混凝土过早开裂，混凝土的存在能够防止钢管的过早屈曲，二者共同工作能充分发挥钢材受拉性能高和混凝土受压性能好的优点，因此具有承载力高、塑性和韧性好、抗震性能好、经济效益显著和施工环保等许多优点。 

矩形钢管混凝土结构具有抗弯刚度大、节点连接方便的优点。而矩形钢管混凝土柱与钢梁形成的框架结构体系，因平面布置灵活、结构简单、构件易于标准化、施工速度快、造价低等特点，在高层及超高层建筑中具有很好的应用前景，现已受到国内外工程领域的普遍重视。 

目前，我国的《矩形钢管混凝土结构技术规程》(CECS159：2004)推荐的矩形钢管混凝土柱-钢梁连接节点包括四种：内隔板式连接，带短梁内隔板式连接，外环板式连接，隔板贯通式连接。这些节点尚存在以下问题： 

(1)内隔板节点由于节点内部施焊较困难，管内混凝土的浇注也受影响，在应用中往往受到管柱边长的限制。另外，钢管柱同一位置的两侧分别有梁翼缘和内隔板在此相焊，钢材经过两次热加工，易产生较大的残余应力，导致焊缝附近易发生脆性破坏。虽然节点自身构造意使塑性铰出现在梁端，但焊缝处的应力集中却影响了塑性铰的发展。 

(2)外环板式节点由于节点自身的构造特点，适应性和灵活性较差。节点需要足够大的水平环板以保证节点的强度，用钢量明显增大。此外，外环板的设置使位于边角处的节点布置困难，给建筑设计带来了不必要的麻烦，室内角部有凸角出现，影响美观 

(3)隔板贯通式节点上下外伸的隔板将柱身截断，对于柱身有一定的削弱，但整体节点区段可以工厂预制，施工过程比较简单，另外还有助于实现高层建筑中柱截面尺寸的变化。节点构造形式简单，制作方便，室内空间布置灵活。梁翼缘受力直接传递至柱侧，传力机制明确，有利于梁端弯矩和剪力的传递，减少了钢管柱壁的局部变形，保证了节点的工作性能。但也存在焊接工作量大，下翼缘焊缝需两次施焊，焊接质量不易保证等缺点。 

由此可见，目前我国规范提供的四种节点均为栓焊混合连接的刚性节点，即翼缘焊接，腹板螺栓连接。而从美国北岭地震和日本阪神地震的震害情况来看，钢结构栓焊混接节点的破坏情况十分严重，对破坏的连接所作的调查表明，焊缝容易存在质量缺陷，且裂缝多起始于下翼缘焊缝处，该处的下翼缘焊缝是中断的，不易进行超声波检查。而与之相对，螺栓连接框架则很少发生破坏。 

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种矩形钢管混凝土柱-钢梁节点，该节点由于采用全螺栓连接，施工快捷，可明显缩短工期；且不需设置过多的连接板，构造简单，传力明确；同时，由于采用了贯通隔板，并且在梁翼缘端部开槽，可实现梁端塑性铰外移的要求，使钢梁的破坏先于节点的破坏，保证了节点的安全，达到了“强节点，弱构件”的抗震设防要求。本发明的技术方案如下： 

一种矩形钢管混凝土柱-钢梁全螺栓连接节点，其特征在于，包括矩形钢管混凝土柱、钢梁、上贯通隔板、下贯通隔板、连接板和高强螺栓，其中，上贯通隔板和下贯通隔板贯穿矩形钢管混凝土柱柱壁，并与钢管柱壁四周用剖口焊缝连接，连接板与柱侧壁及上贯通隔板和下贯通隔板焊接，钢梁腹板与连接板用高强螺栓连接，钢梁腹板的上翼缘和下翼缘分别与上贯通隔板和下贯通隔板用高强螺栓连接。 

作为实施方式之一，所述的连接板为开长槽的连接板，所述钢梁的上翼缘和下翼缘直接插入连接板的 长槽中。 

作为实施方式之二，所述的钢梁上翼缘和下翼缘均开槽，所述连接板在钢梁插入口处带弧形切口，所述钢梁的上下翼缘直接插入连接板的切口中。 

作为实施方式之三，所述的钢梁为腹板上下切长口的钢梁，所述的连接板为不带弧形切口的连接板，所述钢梁按照上翼缘位于上贯通隔板之上、下翼缘位于下贯通隔板之下的方式插入，并通过在上贯通隔板与上侧柱壁，下贯通隔板与下侧柱壁之间加肋、加腋或者在上贯通隔板和下贯通隔板两侧增加水平加强板对节点域进行加强。 

作为实施方式之四，所述的钢梁为腹板上部切长口的钢梁，所述的连接板为仅下部带弧形切口的连接板，所述钢梁按照上翼缘位于上贯通隔板之上、下翼缘位于下贯通隔板之上的方式插入。 

作为实施方式之五，所述的钢梁为腹板下部切长口的钢梁，所述的连接板为仅上部带弧形切口的连接板，所述钢梁按照上翼缘位于上贯通隔板之下、下翼缘位于下贯通隔板之下的方式插入。 

上述的实施方式中，所述的矩形钢管混凝土柱的矩形钢管为焊接钢板、对接槽钢或冷弯钢管；所述的钢梁为H型钢梁或工字钢梁；所述的混凝土是普通混凝土、高强混凝土或自密实混凝土；所述的连接板与柱侧壁及上下贯通隔板采用剖口焊缝或角焊缝连接。 

本发明的有益效果是： 

1)该节点由于贯通隔板的存在，增大了节点区的刚度，使塑性铰外移，钢梁的破坏早于节点的破坏，实现了“强节点弱构件”的抗震准则。 

2)该节点的贯通隔板与柱壁采用剖口焊，避免了柱壁的多次施焊，减小了柱壁的应力集中和脆性，提高了节点域的延性。 

3)该节点采用全螺栓连接，完全没有现场焊接的工作量，节省了人力，提高了施工效率，并防止了由于焊缝缺陷导致的节点性能降低，能更大程度的实现节点的高抗震性能。 

4)该节点可以通过钢梁翼缘开槽深度的变化，腹板开槽位置的变化，以及连接板切口的变化，形成多种不同连接方式的节点，能够满足不同工程对节点性能和节点施工方式的要求。 

5)该节点构件简单，施工方便，具有良好的受力性能。 

附图说明

图1为本发明实施例1的平面截面示意图。 

图2为图1中1-1剖面示意图。 

图3为本发明实施例2的平面截面示意图。 

图4为本发明实施例3加肋节点的平面截面图。 

图5为图4中2-2剖面示意图。 

图6为本发明实施例3加腋节点的平面截面图。 

图7为图6中3-3剖面示意图。 

图8为本发明实施例3加水平加强板节点的平面截面图。 

图9为图8中4-4剖面示意图。 

图10为本发明实施例4的平面截面图。 

图11为本发明实施例5的平面截面图。 

具体实施方式

下面对本发明的实施例做详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的 实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。 

实施例1 

参见图1、图2，矩形钢管混凝土柱1、钢梁2、贯通隔板3、连接板4、高强螺栓5，其中，贯通隔板3贯穿矩形钢管混凝土柱1柱壁，并与钢管柱壁四周用剖口焊缝连接，连接板4与柱侧壁及上下贯通隔板3焊接，钢梁2腹板与连接板4螺栓连接，上下翼缘与上下贯通隔板3分别螺栓连接。本实施例中，连接板为开长槽的连接板，所述钢梁的上翼缘和下翼缘直接插入连接板的长槽中。 

在上述的梁柱连接节点中，所述的矩形钢管混凝土柱1的矩形钢管为焊接钢板、对接槽钢或冷弯钢管。 

所述的钢梁2为H型钢梁或工字钢梁。 

所述的混凝土是普通混凝土、高强混凝土或自密实混凝土。 

所述的连接板4与柱侧壁及上下贯通隔板3采用剖口焊缝或角焊缝连接。 

本实施例在具体使用时，实施过程为： 

1)根据矩形钢管混凝土柱1的尺寸加工贯通隔板3，在没有与梁连接的柱侧，隔板外伸长度可取50mm，在与梁连接的柱侧，隔板首先外伸100mm，然后通过半径为60mm的四分之一圆弧，使隔板过渡到与钢梁齐宽； 

2)在贯通隔板3上预留螺栓孔，其直径略大于高强螺栓5的直径，预留孔数量通过梁翼缘所承受的弯矩计算得到； 

3)将贯通隔板3与矩形钢管混凝土柱1的柱壁通过剖口焊缝连接； 

4)根据上下贯通隔板3的间距以及与钢梁2腹板的连接方式加工连接板4，连接板4在靠近梁侧上下端分别加工长槽，将连接板4与柱侧壁和上下贯通隔板3用剖口焊缝或角焊缝连接； 

5)在钢梁2上下翼缘预留螺栓孔，其直径略大于高强螺栓5的直径，预留孔需与贯通隔板3上孔对应； 

6)将钢梁2插入连接板4，使钢梁2的上翼缘位于上贯通隔板3之下，下翼缘位于下贯通隔板3之上，钢梁2的腹板和连接板4用高强螺栓5连接，钢梁2的上下翼缘和上下贯通隔板3用高强螺栓5连接。 

实施例2 

参见图3，实施例2与实施例1不同的是，钢梁上翼缘和下翼缘均开槽，连接板在钢梁插入口处带弧形切口，钢梁的上下翼缘直接插入连接板的切口中。实施例2在具体使用时，实施过程为： 

1)根据矩形钢管混凝土柱1的尺寸加工贯通隔板3，在没有与梁连接的柱侧，隔板外伸长度可取50mm，在与梁连接的柱侧，隔板首先外伸100mm，然后通过半径为60mm的四分之一圆弧，使隔板过渡到与钢梁齐宽； 

2)在贯通隔板3上预留螺栓孔，其直径略大于高强螺栓5的直径，预留孔数量通过梁翼缘所承受的弯矩计算得到； 

3)将贯通隔板3与矩形钢管混凝土柱1的柱壁通过剖口焊缝连接； 

4)根据上下贯通隔板3的间距以及与钢梁2腹板的连接方式加工连接板，连接板4在与钢梁2连接的一侧，开弧形切口，切口圆弧段半径可取为35mm，将连接板4与柱侧壁和上下贯通隔板3用剖口焊缝或角焊缝连接； 

5)在钢梁2上下翼缘预留螺栓孔，其直径略大于高强螺栓5的直径，预留孔需与贯通隔板3上孔对应； 

6)在钢梁2上下翼缘中部开槽，开槽深度需与螺栓孔位置和插入连接板深度匹配。 

7)将钢梁2插入连接板4，使钢梁2的上翼缘位于上贯通隔板3之下，下翼缘位于下贯通隔板3之上，钢梁2的腹板和连接板用高强螺栓5连接，钢梁2的上下翼缘和上下贯通隔板3用高强螺栓5连接。 

实施例3 

参见图4-图9，与实施例1不同的是，实施例3的钢梁为腹板上下切长口的钢梁，连接板为不带弧形切口的连接板，钢梁按照上翼缘位于上贯通隔板之上、下翼缘位于下贯通隔板之下的方式插入，并通过在上贯通隔板与上侧柱壁，下贯通隔板与下侧柱壁之间加肋、加腋或者在上贯通隔板和下贯通隔板两侧增加水平加强板对节点域进行加强。 

本实施例在具体使用时，实施过程为： 

1)根据矩形钢管混凝土柱1的尺寸加工贯通隔板3，在没有与梁连接的柱侧，隔板外伸长度可取50mm，在与梁连接的柱侧，隔板首先外伸100mm，然后通过半径为60mm的四分之一圆弧，使隔板过渡到与钢梁齐宽； 

2)在贯通隔板3上预留螺栓孔，其直径略大于高强螺栓5的直径，预留孔数量通过梁翼缘所承受的弯矩计算得到； 

3)将贯通隔板3与矩形钢管混凝土柱1的柱壁通过剖口焊缝连接； 

4)根据上下贯通隔板3的间距以及与钢梁2腹板的连接方式加工连接板4，将连接板4与柱侧壁和上下贯通隔板3用剖口焊缝或角焊缝连接； 

5)对节点域加焊连接肋板、腋板或者水平加强板。焊缝应为剖口焊缝。 

6)在钢梁2上下翼缘预留螺栓孔，其直径略大于高强螺栓5的直径，预留孔需与贯通隔板上孔对应； 

7)在钢梁2腹板上下部位分别开长槽，开槽深度需与螺栓孔位置和插入连接板深度匹配。 

8)将钢梁2插入连接板，上翼缘位于上贯通隔板3之上、下翼缘位于下贯通隔板3之下，钢梁2的腹板和连接板4用高强螺栓5连接，钢梁2的上下翼缘和上下贯通隔板3用高强螺栓5连接。 

实施例4 

参见图10，实施例4与1不同的是，钢梁为腹板上部切长口的钢梁，连接板为仅下部带弧形切口的连接板，钢梁按照上翼缘位于上贯通隔板之上、下翼缘位于下贯通隔板之上的方式插入。 

本实施例在具体使用时，实施过程为： 

1)根据矩形钢管混凝土柱1的尺寸加工贯通隔板3，在没有与梁连接的柱侧，隔板外伸长度可取50mm，在与梁连接的柱侧，隔板首先外伸100mm，然后通过半径为60mm的四分之一圆弧，使隔板过渡到与钢梁齐宽； 

2)在贯通隔板3上预留螺栓孔，其直径略大于高强螺栓的直径，预留孔数量通过梁翼缘所承受的弯矩计算得到； 

3)将贯通隔板3与矩形钢管混凝土柱1的柱壁通过剖口焊缝连接； 

4)根据上下贯通隔板3的间距以及与钢梁2腹板的连接方式加工连接板4，连接板4下部加工弧形切口，将连接板4与柱侧壁和上下贯通隔板3用剖口焊缝或角焊缝连接； 

5)在钢梁2上下翼缘预留螺栓孔，其直径略大于高强螺栓的直径，预留孔需与贯通隔板3上孔对应； 

6)在钢梁2腹板上部开长槽，开槽深度需与螺栓孔位置和插入连接板4深度匹配。 

7)将钢梁2插入连接板4，上翼缘位于上贯通隔板3之上、下翼缘位于下贯通隔板3之上，钢梁2的腹板和连接板4用高强螺栓5连接，钢梁2的上下翼缘和上下贯通隔板3用高强螺栓5连接。 

实施例5 

参见图11，实施例5与实施例1不同的是，钢梁为腹板下部切长口的钢梁，连接板为仅上部带弧形切口的连接板，钢梁按照上翼缘位于上贯通隔板之下、下翼缘位于下贯通隔板之下的方式插入。 

本实施例在具体使用时，实施过程为： 

1)根据矩形钢管混凝土柱1的尺寸加工贯通隔板3，在没有与梁连接的柱侧，隔板外伸长度可取50mm，在与梁连接的柱侧，隔板首先外伸100mm，然后通过半径为60mm的四分之一圆弧，使隔板过渡到与钢梁齐宽； 

2)在贯通隔板3上预留螺栓孔，其直径略大于高强螺栓的直径，预留孔数量通过梁翼缘所承受的弯矩计算得到； 

3)将贯通隔板3与矩形钢管混凝土柱1的柱壁通过剖口焊缝连接； 

4)根据上下贯通隔板3的间距以及与钢梁2腹板的连接方式加工连接板4，连接板4上部加工弧形切口，将连接板4与柱侧壁和上下贯通隔板3用剖口焊缝或角焊缝连接； 

5)在钢梁2上下翼缘预留螺栓孔，其直径略大于高强螺栓的直径，预留孔需与贯通隔板3上孔对应； 

6)在钢梁2腹板下部开长槽，开槽深度需与螺栓孔位置和插入连接板4深度匹配。 

7)将钢梁2插入连接板4，上翼缘位于上贯通隔板3之下、下翼缘位于下贯通隔板3之下，钢梁2的腹板和连接板4用高强螺栓5连接，钢梁2的上下翼缘和上下贯通隔板3用高强螺栓5连接。 

Claims (10)

1.一种矩形钢管混凝土柱-钢梁全螺栓连接节点，其特征在于，包括矩形钢管混凝土柱、钢梁、上贯通隔板、下贯通隔板、连接板和高强螺栓，其中，上贯通隔板和下贯通隔板贯穿矩形钢管混凝土柱柱壁，并与钢管柱壁四周用剖口焊缝连接，连接板与柱侧壁及上贯通隔板和下贯通隔板焊接，钢梁腹板与连接板用高强螺栓连接，钢梁上翼缘和下翼缘分别与上贯通隔板和下贯通隔板用高强螺栓连接。

2.根据权利要求1所述的梁柱连接节点，其特征在于，所述的连接板为开长槽的连接板，所述钢梁的上翼缘和下翼缘直接插入连接板的长槽中。

3.根据权利要求1所述的梁柱连接节点，其特征在于，所述的钢梁上翼缘和下翼缘均开槽，所述连接板在钢梁插入口处带弧形切口，所述钢梁的上下翼缘直接插入连接板的切口中。

4.根据权利要求1所述的梁柱连接节点，其特征在于，所述的钢梁为腹板上下切长口的钢梁，所述的连接板为不带弧形切口的连接板，所述钢梁按照上翼缘位于上贯通隔板之上、下翼缘位于下贯通隔板之下的方式插入，并通过在上贯通隔板与上侧柱壁，下贯通隔板与下侧柱壁之间加肋、加腋或者在上贯通隔板和下贯通隔板两侧增加水平加强板对节点域进行加强。

5.根据权利要求1所述的梁柱连接节点，其特征在于，所述的钢梁为腹板上部切长口的钢梁，所述的连接板为仅下部带弧形切口的连接板，所述钢梁按照上翼缘位于上贯通隔板之上、下翼缘位于下贯通隔板之上的方式插入。

6.根据权利要求1所述的梁柱连接节点，其特征在于，所述的钢梁为腹板下部切长口的钢梁，所述的连接板为仅上部带弧形切口的连接板，所述钢梁按照上翼缘位于上贯通隔板之下、下翼缘位于下贯通隔板之下的方式插入。

7.根据权利要求1所述的梁柱连接节点，其特征在于，所述的矩形钢管混凝土柱的矩形钢管为焊接钢板、对接槽钢或冷弯钢管。

8.根据权利要求1所述的梁柱连接节点，其特征在于，所述的钢梁为H型钢梁或工字钢梁。

9.根据权利要求1所述的梁柱连接节点，其特征在于，所述的混凝土是普通混凝土、高强混凝土或自密实混凝土。

10.根据权利要求1所述的梁柱连接节点，其特征在于，所述的连接板与柱侧壁及上下贯通隔板采用剖口焊缝或角焊缝连接。

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